[發(fā)明專利]一種縱彎復合振動模式的超聲橢圓振動切削裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110361151.X
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113510060B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 董志剛;康仁科;殷森;潘延安;郭東明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B06B3/02;B23P13/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

本發(fā)明提供一種縱彎復合振動模式的超聲橢圓振動切削裝置。由兩個縱向振動超聲振子組合而成，包括預緊螺栓、縱向振動后蓋板、圓環(huán)形壓電陶瓷、電極片、縱向振動前蓋板及刀具等。第一縱向振動超聲振子布置在第二縱向超聲振子的徑向方向，用于激勵裝置的彎曲超聲振動，與第二縱向超聲振子所激發(fā)的縱向超聲振動一并使裝置呈現(xiàn)出超聲縱彎復合振動模式，從而在安裝在裝置末端的刀具上輸出橢圓振動軌跡。本發(fā)明在硬脆難加工材料的高完整性加工中效果顯著，能夠有效減小切削力及切削熱，提高工件的形狀精度，顯著降低刀具磨損，實現(xiàn)脆性材料的塑性去除。

技術領域

本發(fā)明涉及超聲振動加工技術領域，尤其涉及一種縱彎復合振動模式的超聲橢圓振動切削裝置。

背景技術

超聲橢圓振動切削是在刀具上施加二維超聲振動，使其呈現(xiàn)“橢圓運動軌跡”的切削方式，由日本學者社本英二和森肋俊道提出。相較一維超聲振動切削，其切削過程具有“摩擦力反轉(zhuǎn)”、“變角度切削”、更加徹底的“刀-工完全分離”特性，從而具有延長刀具壽命、提高表面光潔度和形狀精度、提高切削穩(wěn)定性以及抑制毛刺和再生顫振等優(yōu)勢，在難加工材料的超精密切削中具有廣泛的應用。

為實現(xiàn)超聲橢圓振動切削中的“完全分離型切削”，最大限度的發(fā)揮超聲橢圓振動切削技術的優(yōu)勢，刀具的振動速度應大于相對切削速度，而刀具的振動速度與其振動頻率和切削速度方向的振幅成正比。

現(xiàn)有的超聲橢圓振動切削裝置多是采用縱向振動、扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式耦合而成，且彎曲振動多是由半圓環(huán)形壓電進行激勵，其制造工藝及裝配精度不高，造成壓電陶瓷的電-聲轉(zhuǎn)化率較低，導致裝置發(fā)熱嚴重，限制了超聲橢圓振動切削技術的應用。

發(fā)明內(nèi)容

為得到硬脆難加工材料工件的高完整性表面，本發(fā)明提供了一種縱彎復合振動模式的超聲橢圓振動切削裝置，可輸出不同形狀的橢圓軌跡，且具有較高的輸出功率。本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種縱彎復合振動模式的超聲橢圓振動切削裝置，由兩個縱向振動超聲振子組合而成，包括預緊螺栓、縱向振動后蓋板、圓環(huán)形壓電陶瓷、電極片、縱向振動前蓋板及刀具等。第一縱向振動超聲振子布置在第二縱向超聲振子的徑向方向，用于激勵裝置的彎曲超聲振動，與第二縱向超聲振子所激發(fā)的縱向超聲振動一并使裝置呈現(xiàn)出超聲縱彎復合振動模式，從而在安裝在裝置末端的刀具上輸出橢圓振動軌跡。

進一步地，第一縱向振動超聲振子由預緊螺栓和套接在其上的縱向振動后蓋板、圓環(huán)形壓電陶瓷、電極片及前蓋板組成，且壓電陶瓷處于縱向振動的波峰處。

進一步地，第一縱向振動超聲振子布置在第二縱向超聲振子的徑向方向，利用預緊螺栓將其連接在第二縱向超聲振子的彎曲振動的波峰處用于激勵裝置的彎曲超聲振動。

進一步地，第二縱向振動超聲振子由預緊螺栓和套接在其上的彎曲振動后蓋板、圓環(huán)形壓電陶瓷、電極片、帶有法蘭的彎曲振動前蓋板、緊定螺釘及刀具組成，其總長度等于等于相同頻率下的縱向振動的兩個波長和彎曲振動的四個波長，壓電陶瓷處于縱向振動的波峰處，用于激勵裝置的縱向超聲振動。

進一步地，兩個縱向振動超聲振子均采用型號為PZT-4的圓環(huán)形壓電陶瓷，利用壓電陶瓷較高工作效率的的d33工作模式。

進一步地，通過兩相具有一定相位差的超聲電信號激勵，第一縱向振動超聲振子激勵出的彎曲振動和第二縱向超聲振子激勵出的縱向超聲振動使裝置處于超聲縱彎復合振動模態(tài)，從而在安裝在裝置末端的刀具上輸出橢圓振動軌跡。

進一步地，利用超聲電源分別調(diào)節(jié)兩相激勵的激勵電壓和相位差，從而實現(xiàn)對裝置輸出的橢圓振動軌跡的調(diào)整。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：